CN220096671U - 一种轻质高透波性无人机后掠翼结构 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了一种轻质高透波性无人机后掠翼结构，包括接头、翼梁、翼肋、天线和蒙皮。翼梁、翼肋和蒙皮由玻纤复合材料单向带制成；接头包括法兰、接合部和多个根肋；翼梁与根肋一一对应地设置有多个，翼梁固定至根肋，一部分翼梁上设有天线插入的开口；翼肋设置有多个，翼梁固定至一个翼肋，一部分翼肋上设有天线插入的开口，一部分翼肋的多个部段的端面与相应翼梁固连；蒙皮接合至接合部、翼梁和翼肋，以将翼梁、翼肋和天线围封在蒙皮内。本实用新型通过采用可透波材料得到特定构型的结构件并对结构件进行特殊结构布置，可以在使机翼结构的变形和强度满足要求的情况下使机翼质量轻且透波性高，并且机翼内部结构紧凑，传力效率高，装配简单。

Description

一种轻质高透波性无人机后掠翼结构

技术领域

本实用新型涉及无人机结构技术领域，具体涉及一种轻质高透波性无人机后掠翼结构。

背景技术

无人机后掠翼的传力特点是以翼盒承受弯矩和扭矩，在根部以外的外翼段，其纵横向构件的作用及作为薄壁工程梁的分析和设计方法和直机翼完全相同，在机翼根部，其承受弯矩的结构是垂直于机身对称轴线的，使得传力结构和内力分布特性均发生很大变化，后掠翼结构的主要特点是其翼盒的刚心线与机身轴线不垂直，常规的解决办法是在机身侧边处通过某种结构措施使翼盒的走向转折成与飞机轴线垂直，并使翼盒的全部或部分构件的内力保持连续，将力传递至中翼或机身框等。目前，传统大展弦比后掠翼结构形式大致可分为单梁式、双梁式及多墙式三类；单梁式机翼由翼梁、纵墙、梁接头、翼肋、蒙皮、梁缘条等组成；双梁式机翼由前梁、后梁、梁接头、长桁、翼肋、蒙皮、梁缘条、腹板等组成；多墙式机翼由纵墙、蒙皮、腹板、翼肋、缘条等组成。

为了满足机翼内天线安装，实现结构高透波性，意味着机翼的选材受限，且机翼需满足刚度指标要求，传统结构所用的金属材料和碳纤维复合材料不能出现在有透波要求的区域，然而机翼内天线基本覆盖整个机翼内部空间，使得材料和结构布置双双受限，现有技术针对这一问题，通常是机翼内部骨架采用钛合金短前梁加玻纤后短梁，内部采用PMI泡沫填充，蒙皮采用厚度3mm以上玻纤铺层，该种结构具有刚度大、强度高等优点，但也存在蒙皮过厚、透波性能下降、造价高、重量大、精度差、工艺成型及装配工艺相对复杂、产品质量一致性无法保证等缺点。

实用新型内容

针对机翼透波性、力学特性、制造成本、耐环境性、质量等要求，目前市面上的高强玻纤复合材料具有比强度高、比模量高、透波性能优、耐环境性能强、成本低等优点，基本可以满足机翼的上述要求，但同等级玻纤复合材料相比于机翼常用材料7系铝合金和T300级碳纤维复合材料而言，强度和模量要低很多，想要使用此材料达到机翼力学性能要求，又要满足内部天线安装，就需要对结构进行深入优化设计，使得机翼结构设计成为难点。

为了克服上述缺陷中的一者或全部，本实用新型提供了一种轻质高透波性无人机后掠翼结构。

本实用新型的技术方案是：

一种轻质高透波性无人机后掠翼结构，其特殊之处在于包括接头、翼梁、翼肋、天线和蒙皮，翼梁、翼肋和蒙皮为由玻纤复合材料单向带通过热压罐成型法制成的结构件；

接头包括法兰、接合部和多个根肋，接合部位于法兰与根肋之间，法兰用于将后掠翼结构连接至无人机机身，接合部用于搁置蒙皮；

翼梁与多个根肋一一对应地设置有多个且彼此平行，翼梁的第一端部固定至根肋，一部分翼梁上还设有天线插入的开口；

翼肋设置有多个并且以与翼梁成一角度的方式布置，翼梁的第二端部固定至翼肋中的一个翼肋，一部分翼肋上还根据天线的结构设有天线插入的开口，一部分翼肋根据翼梁的结构包括多个部段，部段的相应端面与相应的翼梁接触并固连；

蒙皮接合至接合部、翼梁和翼肋，以将翼梁、翼肋和天线围封在蒙皮内。

进一步地，翼梁通过结构胶而粘接至根肋；翼肋的部段的端面通过结构胶而粘接至翼梁；蒙皮通过结构胶而粘接至接合部、翼梁和翼肋。

进一步地，接头是由铝合金机加工而成的一体件。

进一步地，结构胶为环氧或聚氨酯类结构胶。

进一步地，接头和翼肋中的一个翼肋分别位于后掠翼结构的两端，其余翼肋彼此平行并且正交于翼梁布置。

进一步地，接头的接合部包括用于在搁置蒙皮时对蒙皮进行限位的限位部。

进一步地，翼梁的数量为五个，并且翼肋的数量为五个。

本实用新型的有益效果是：

1、通过采用玻纤复合材料单向带这种可透波材料进行复材铺层来得到特定构型的结构件并对结构件进行特殊结构布置，可以在使整个机翼结构的变形和强度都满足要求的情况下使机翼质量轻且透波性高，并且机翼内部结构紧凑，传力效率高，装配简单，生产成本低。

2、机翼内部天线可通过翼梁中的开口进行安装，飞机在飞行过程中，机翼受到气动载荷作用，产生弯曲变形，翼尖处变形大，越靠翼根处变形越小，此专利方案经过计算，机翼最大变形占半翼展的7％，相较于行业经验值10％，机翼刚度较佳，与翼尖处相比，翼梁设有开口的机翼段处变形相对较小，可以有效防止由于机翼变形对天线的挤压，使天线得到保护。

3、翼梁与接头和翼肋采用环氧或聚氨酯类高强度结构胶进行粘接，使整个机翼结构在保证连接强度的同时能避免应力集中。

附图说明

通过以下参照附图的描述，本实用新型的特征和优点将变得更加容易理解，附图并非按比例绘制，并且一些特征被放大或缩小以显示特定部件的细节，在附图中：

图1是根据本实用新型示例性实施例的轻质高透波性无人机后掠翼结构的示意性立体图；

图2是根据本实用新型示例性实施例的轻质高透波性无人机后掠翼结构的内部结构的示意性立体图，其中，省去了蒙皮；

图3是示出了根据本实用新型示例性实施例的轻质高透波性无人机后掠翼结构的组成的示意性立体图；

图4是根据本实用新型示例性实施例的轻质高透波性无人机后掠翼结构中的接头的示意性立体图；

图5是根据本实用新型示例性实施例的轻质高透波性无人机后掠翼结构中的翼梁的示意性立体图；

图6是根据本实用新型示例性实施例的轻质高透波性无人机后掠翼结构中的翼肋的示意性立体图。

附图标记：

1-接头，101-法兰，1011-法兰的孔，102-接合部，1021-限位部，103-根肋；

2-翼梁，21-翼梁的第一端部，22-翼梁的第二端部，23-开口，201-第一翼梁，202-第二翼梁，203-第三翼梁，204-第四翼梁，205-第五翼梁；

3-翼肋，301-第一翼肋，3011-第一部段，3012-第二部段，3013-第三部段，302-第二翼肋，303-第三翼肋，304-第四翼肋，305-第五翼肋；

4-天线；

5-蒙皮。

具体实施方式

下面将参照附图借助于本实用新型的示例性实施例对本实用新型进行详细描述。应指出的是，以下对本实用新型的详细描述仅是出于说明的目的，而不是对本实用新型进行限制。此外，在各个附图中采用相同的附图标记来表示相同的部件。

首先参照图1至图3对本实用新型所提供的轻质高透波性无人机后掠翼结构进行总体描述。图1是根据本实用新型示例性实施例的轻质高透波性无人机后掠翼结构的示意性立体图。图2是根据本实用新型示例性实施例的轻质高透波性无人机后掠翼结构的内部结构的示意性立体图，其中，省去了蒙皮。图3是示出了根据本实用新型示例性实施例的轻质高透波性无人机后掠翼结构的组成的示意性立体图。

如图1、图2和图3所示，作为本实用新型的示例性实施例的轻质高透波性无人机后掠翼结构可以包括接头1、翼梁2、翼肋3、天线4和蒙皮5。

在本实用新型的示例性实施例中，翼梁2、翼肋3和蒙皮5可以是由玻纤复合材料单向带通过现有技术中的热压罐成型法制成的结构件。应说明的是，热压罐成型法是将单层预浸料按预定方向铺叠成的复合材料坯料，放在热压罐内，在定温度和压力下完成固化过程的工艺方法。在一些实施例中，翼梁2、翼肋3和蒙皮5均可以采用G15000/9A16/33％玻璃纤维复合材料单向带，然而本实用新型并不限于此，也可以采用其他类型的玻纤复合材料单向带。特别地，可以根据受力特性而对翼梁2、翼肋3和蒙皮5在热压罐成型时采用不同的铺层设计。

在本实用新型的一些实施例中，接头1可以是由铝合金机加工而成的一体件。本领域人员将理解的是，可以采用本领域公知的任何类型的铝合金。加工的方式示例性地可以是CNC加工。

蒙皮5可以接合至接头1、翼梁2和翼肋3，以将翼梁2、翼肋3和天线4围封在蒙皮5内，从而形成机翼。

接下来参照图4至图6对本实用新型所提供的轻质高透波性无人机后掠翼结构进行详细描述。图4是根据本实用新型示例性实施例的轻质高透波性无人机后掠翼结构中的接头的示意性立体图。图5是根据本实用新型示例性实施例的轻质高透波性无人机后掠翼结构中的翼梁的示意性立体图。图6是根据本实用新型示例性实施例的轻质高透波性无人机后掠翼结构中的翼肋的示意性立体图。

如图4所示，在一些示例性实施例中，接头1可以包括法兰101、接合部102和多个根肋103，接合部102位于法兰101与根肋103之间。

法兰101可以用于将后掠翼结构连接至无人机机身，特别地，可以通过穿过法兰101上的孔1011的螺钉来将后掠翼结构连接至无人机机身。在一些实施例中，法兰101可以大致呈扇形板，法兰101上还可以加工有用以减轻重量的圆形孔和异形孔，在所示出的实施例中，异形孔为水平方向上的横截面呈三角形的孔。

接合部102可以用于搁置蒙皮5，在所示出的实施例中，接合部102在竖直方向上的横截面大致呈椭圆形，以与蒙皮5的内腔形状相匹配。在所示出的实施例中，接合部102可以以与机翼的长度方向成一定角度的方式延伸，该角度示例性地在30°与70°之间，优选地在45°与60°之间。

在本实用新型的一些实施例中，接合部102可以包括用于在搁置蒙皮5时对蒙皮5进行限位的限位部1021，特别地，限位部1021可以在水平方向上突出超过接合部102，在蒙皮5搁置在接合部102上时，蒙皮5可以与限位部1021平齐，这可以参见图1。此外，在接合部102与法兰101接合的部位处可以设有台阶部，使得接合部102在竖向方向上的高度小于法兰101在竖向方向上的高度，以便于蒙皮5在接合部102上的安装。

根肋103可以从接合部102沿机翼的长度方向背离法兰101突出。根肋103可以大致呈棱柱形状且在竖向方向上的横截面为矩形，但这不在于进行限制，例如，根肋103在竖向方向上的横截面可以呈工字或U形。根肋103可以相等的间隔沿接合部102排布。

现在参照图5，翼梁2可以与多个根肋103一一对应地设置有多个，并且翼梁2可以彼此平行，且沿机翼的长度方向延伸。作为示例而非限制，翼梁2在竖向方向上的横截面可以大致呈C形。翼梁2的在图2中示出的第一端部21可以固定至根肋103。在一些实施例中，一部分翼梁2上还可以还根据天线4的结构设有供天线4插入的开口23。应理解的是，图5中只标出了一部分开口23，并且开口23可以根据天线4的结构以与所示出的不同的方式来开设。

如图6所示，翼肋3可以设置有多个并且可以以与翼梁2成一角度的方式布置。在本实用新型的所示出的实施例中，翼肋3与翼梁2大致成90°而沿机翼的宽度方向延伸。翼梁2的在图2中示出的第二端部22可以固定至翼肋3中的一个翼肋。在本实用新型的实施例中，一部分翼肋3上还可以根据翼梁2的结构设有供天线4插入的开口，一部分翼肋3可以包括多个部段，这些部段的相应端面可以与相应的翼梁2接触并固连。

在本实用新型的一些实施例中，接头1和翼肋3中的一个翼肋可以分别位于后掠翼结构的两端，其余翼肋彼此平行并且正交于翼梁2布置。

作为本实用新型的示例，如所图示的，翼梁2和根肋103的数量可以为五个，并且翼肋3的数量也可以为五个，应领会的是该数量并不在于限制本实用新型，其可以根据机翼的结构而改变。现在以该数量为例对本实用新型的实施例进行描述。

如图5所示，翼梁2可以包括第一翼梁201、第二翼梁202、第三翼梁203、第四翼梁204和第五翼梁205。如图6所示，翼肋3可以包括第一翼肋301、第二翼肋302、第三翼肋303、第四翼肋304和第五翼肋305。五个翼肋中的第一翼肋301、第二翼肋302、第三翼肋303、第四翼肋304可以包括多个部段，而第五翼肋305成单件并且具有开口。第一翼肋301可以包括第一部段3011、第二部段3012和第三部段3013。另外，第二翼肋302可以包括三个部段，第三翼肋303可以包括两个部段，第四翼肋304可以包括五个部段。

返回参照图2，第一翼梁201、第二翼梁202、第三翼梁203、第四翼梁204和第五翼梁205彼此平行地沿机翼的长度方向延伸并且等距布置在机翼的宽度方向上。第一翼梁201、第二翼梁202、第三翼梁203、第四翼梁204和第五翼梁205各自的第一端部分别固定至相应的根肋103，特别是通过结构胶而粘接至根肋103。接头1和五个翼肋中的第五翼肋305分别位于后掠翼结构的两端。其余翼肋、即第一翼肋301、第二翼肋302、第三翼肋303和第四翼肋304彼此平行地沿机翼的宽度方向延伸并且以不规则的间距布置在机翼的长度方向上。第一翼梁201、第二翼梁202、第三翼梁203、第四翼梁204和第五翼梁205各自的第二端部均固定至第四翼肋304。第五翼肋305与接合部102大致平行地延伸。第一翼肋301的第一部段3011的一个端面与第五翼梁205接触并固连，第一翼肋301的第二部段3012的一个端面与第五翼梁205接触并固连并且另一个端面与第四翼梁204接触并固连，第一翼肋301的第三部段3013的一个端面与第三翼肋303接触并固连，特别地，这些端面通过结构胶而粘接至相应的翼梁，第二翼肋302、第三翼肋303和第四翼肋304的各个部段与相应翼梁的连接结构在此不再赘述。

天线4的一部分在机翼的长度方向上位于接合部102与第四翼肋304之间并且插入穿过相应的翼梁上的多个开口23，另一部分在机翼的长度方向上位于第四翼肋304与第五翼肋305之间并且插入穿过第五翼肋305上的开口。

返回参照图1，在本实用新型的示例性实施例中，蒙皮5可以接合至接合部102、翼梁2和翼肋3，特别是通过结构胶而粘接至接合部102、翼梁2和翼肋3，以将翼梁2、翼肋3和天线4围封在蒙皮5内。特别地，蒙皮5相对于接合部102的定位是通过接合部102的限位部1021来便于进行的。

应指出的是，本文提到的结构胶可以为环氧或聚氨酯类高强度结构胶，当然也可以采用其他类型的胶，只要可以满足机翼要求即可。在本实用新型的后掠翼结构中，翼梁与接头和翼肋采用环氧或聚氨酯类高强度结构胶进行粘接，使整个机翼结构在保证连接强度的同时能避免应力集中。

如上面描述的，本实用新型通过对玻纤单向带这种可透波材料的运用来得到特定构型的结构件，并对结构件进行特殊结构布置，经过多轮有限元仿真优化，最终得到以上成熟的结构方案，相较于传统设计方法，本实用新型将复材的优势能发挥出来，利用合理的结构形式，可在使机翼达到轻质的基础上使整个结构的变形和强度都能满足要求。

该种形式机翼结构弯曲和扭转刚度大，质量轻，强度高，适合高速类无人机，内部结构紧凑，传力效率高，内部天线可通过翼梁中的开口进行安装，飞机在飞行过程中，机翼受到气动载荷作用，产生弯曲变形，翼尖处变形大，越靠翼根处变形越小，此专利方案经过计算，机翼最大变形占半翼展的7％，相较于行业经验值10％，机翼刚度较佳，与翼尖处相比，翼梁设有开口的机翼段处变形相对较小，可以有效防止由于机翼变形对天线的挤压，使天线得到保护，另外，玻纤复合材料透波性好，可满足机翼透波性要求，装配简单，生产成本低。

在以上对本实用新型的示例性实施例的描述中所提及和/或示出的特征可以以相同或类似的方式结合到一个或更多个其他实施例中，与其他实施例中的特征相组合或替代其他实施方式中的相应特征。这些经组合或替代所获得的技术方案也应当被视为包括在本实用新型的保护范围内。

Claims (7)

1.一种轻质高透波性无人机后掠翼结构，其特征在于包括接头、翼梁、翼肋、天线和蒙皮，所述翼梁、所述翼肋和所述蒙皮为由玻纤复合材料单向带通过热压罐成型法制成的结构件；

所述接头包括法兰、接合部和多个根肋，所述接合部位于所述法兰与所述根肋之间，所述法兰用于将所述后掠翼结构连接至无人机机身，所述接合部用于搁置所述蒙皮；

所述翼梁与多个所述根肋一一对应地设置有多个且彼此平行，所述翼梁的第一端部固定至所述根肋，一部分翼梁上还设有所述天线插入的开口；

所述翼肋设置有多个并且以与所述翼梁成一角度的方式布置，所述翼梁的第二端部固定至所述翼肋中的一个翼肋，一部分翼肋上还根据所述天线的结构设有所述天线插入的开口，一部分翼肋根据所述翼梁的结构包括多个部段，所述部段的相应端面与相应的翼梁接触并固连；

所述蒙皮接合至所述接合部、所述翼梁和所述翼肋，以将所述翼梁、所述翼肋和所述天线围封在所述蒙皮内。

2.根据权利要求1所述的轻质高透波性无人机后掠翼结构，其特征在于：

所述翼梁通过结构胶而粘接至所述根肋；

所述翼肋的所述部段的所述端面通过结构胶而粘接至所述翼梁；

所述蒙皮通过结构胶而粘接至所述接合部、所述翼梁和所述翼肋。

3.根据权利要求1或2所述的轻质高透波性无人机后掠翼结构，其特征在于：所述接头是由铝合金机加工而成的一体件。

4.根据权利要求2所述的轻质高透波性无人机后掠翼结构，其特征在于：所述结构胶为环氧或聚氨酯类结构胶。

5.根据权利要求1或2所述的轻质高透波性无人机后掠翼结构，其特征在于：所述接头和所述翼肋中的一个翼肋分别位于所述后掠翼结构的两端，其余翼肋彼此平行并且正交于所述翼梁布置。

6.根据权利要求1或2所述的轻质高透波性无人机后掠翼结构，其特征在于：所述接头的所述接合部包括用于在搁置所述蒙皮时对所述蒙皮进行限位的限位部。

7.根据权利要求1或2所述的轻质高透波性无人机后掠翼结构，其特征在于：所述翼梁的数量为五个，并且所述翼肋的数量为五个。